[分享]超限报告中的几点问题
本文来源于其微信公众号“JIE构生活”
01 结构错层
在工作中，屡次碰到结构专家、业主单位的结构工程师提到“结构错层的不利性”，建议在超限报告中对结构错层进行分析。但在超限报告中，却很少看到结构错层的专项分析，至少深圳地区是这样。这种“阳奉阴违”的事情，我觉得挺好奇。偶尔想起来，“阳奉阴违”的原因无非两点，一线的结构工程师不知道怎么分析，或者认为没必要分析。
这次，我们自己做一个复杂项目的超限报告。结构错层比较严重，终于有机会，仔细思考“结构错层”究竟该怎么分析。
错层给结构带来的不利性，个人认为主要有三点：1）错层削弱楼盖整体性，降低结构受力的协同性，并使传力路径出现薄弱环节，引起应力集中现象；2）在楼板错层位置，会形成短柱，短柱延性较差，对抗震不利；3）错层位置楼板布置不均匀，不对称，质心和刚心严重偏置，在水平地震或风载作用下会产生较大的扭转效应，对错层位置的梁，也会产生不利影响。
针对第1点，首先要补充楼板应力分析，尤其要搞清楚错层附近的楼板应力。如果水平推力较大，为了保证水平力的传递，可以梁侧水平加腋。加腋之后，梁的刚度变大，在梁柱节点位置，梁会将更多的弯矩传递给柱，此时就要复核柱的承载力是否足够。有些单位，加腋作为一项构造措施，并未在计算模型中反映，也未手算复核，在梁柱节点位置，可能违背了“强柱弱梁”的设计原则。这点应引起注意。
针对第2点，结构错层，短柱是客观存在的。在计算中，短柱的问题是容易抗剪超。我们的办法是，确保短柱在小震及中震作用下，均保持抗剪弹性。其中，抗剪截面验算，要预留足够的富裕度。抗剪计算中，有一个重要参数，剪跨比，需要谨慎确定。根据《高规》10.4节，抗震设计时，错层处框架柱箍筋应全柱段加密配置，抗震等级应提高一级。
针对第3点，楼板采用弹性板计算，评估水平力对梁的影响。根据影响程度，可采用配置一定量抗扭纵筋和箍筋的方式提高梁的抗扭能力。
另外，如果结构错层非常严重（大范围错层），还应在整体概念上进行把控。主要可采用以下思路：1）结构水平位移、扭转位移应该从严控制。原因在于，错层处的楼板水平位移差与结构整体水平位移基本呈正比，控制结构整体水平位移，相当于间接控制了楼板水平位移差；相比常规结构，结构扭转对错层结构影响更加不利，容易出现楼板翘曲及应力集中，因此，结构扭转位移需要偏严控制。2）设法降低短柱的轴力，提高短柱延性；降低短柱剪力，提高短柱抗剪承载力富裕度，具体办法可在结构布置上着手。
在全国的超限审查技术要点中，错层只是一个很小的超限项，隶属“楼板不连续”。但它明显比普通的楼板不连续要更复杂，值得大家关注。这篇文章，可为大家提供一些思路。下次，如果再有专家、业主提出对“结构错层”的分析要求，我们可以照此做点工作，积极相应专家号召，积极听取业主意见。
02 层间位移角超限
关于结构层间位移角限值的问题，颇受争议。前段时间，吴伟河在iStructure图文并茂地讲述了“层间位移角超限怎么办？”这个问题，个人认为，讲得非常好。在阅读过程中，笔者自己曾经陆陆续续读过的相关资料，也一并在脑海中浮现。索性，把不同的观点都罗列出来，各种缘由，便一目了然。
1、《抗规》5.5.1条及条文说明
“计算楼层内最大的弹性层间位移时，除以弯曲变形为主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形”；“计算时，一般不扣除由于结构重力P-△效应所产生的水平相对位移，高度超过150m或H/B＞6的高层建筑，可以扣除结构整体弯曲所产生的楼层水平绝对位移值，因为以弯曲变形为主的高层建筑结构，这部分位移在计算的层间位移中占有相当的比例，加以扣除比较合理。如未扣除，位移角限值可有所放宽。”
2、魏链总相关文献
《论高层建筑结构层间位移角限值的控制》
“在高层建筑中，发生最大层间位移的楼层一般位于结构的中部、偏上或偏下，恰恰那里的竖向构件两端转角较大，造成无论是柱或剪力墙，它们的非受力层间位移均很大，而受力层间位移则很小，因此用总的层间位移作为控制高层建筑竖向杆件的受力层间位移的措施是值得商榷的，那种认为层间位移角最大的楼层是受力最危险的楼层，在概念上是不正确的。”
框剪结构层间位移角曲线与受力层间位移角曲线
框筒结构层间位移角曲线与受力层间位移角曲线
“结构竖向杆件，无论是柱或剪力墙，其受力层间位移往往都是底部最大，沿高往上变化总体趋势是在减小，因此控制结构的受力层间位移应着眼于控制结构的底部而不是结构的中上部。”
魏总对不同结构类型受力层间位移角限值的建议如下。
《地王大厦结构设计若干问题》
“在地王大厦结构设计中，日本新日铁公司开始也是以层位移差计算结果作为层间位移，结果在第57层出现层间位移角达1/274的情况，远超我国规范的规定。”
“地王大厦横风在风荷载作用下，第57层的层位移角虽达到1/274，但是，筒体剪力墙的受力层间位移角只有1/28195，原因是层底转角引起了层顶很大的刚体位移，由此可以肯定剪力墙不但承载力足够，而且一定不会出现受力裂缝。至于层间变形对于装修构件的影响，另有专门措施考虑解决。”
《XX项目超限报告》
“风载作用下最大层间位移角的限值需考虑以下因素：
1） 计算层间位移角时考虑结构重力P-△效应；
2） 计算层间位移角时考虑地下室构件的影响；
3） 采用结构刚度折减系数时，限值规定宜增大，反之宜减小；
4） 保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好。
- 《建筑幕墙》（GBT21086-2007）规范规定，建筑幕墙平面内变形性能以建筑幕墙层间位移角为性能指标。抗风设计时指标值应不小于主体结构弹性位移角限值，一般约1/200~1/300;
- 填充墙正常使用状态允许的层间位移角可大于1/400；
- 基于以上两条，风荷载作用下层间位移角的限值不需按不同结构类型区分；
5） 高层建筑的层间位移角越大，结构的顶点加速度越大，对结构的舒适度不利；
6） 考虑到层间位移角计算中有些因素难以定量考虑，确定最大层间位移角限值时应适当留有余地。
以上分析和研究表明，现行弹性变形计算方法未考虑刚度折减的因素，使计算结果偏小；也未能考虑非结构构件对结构刚度的影响，使计算结果偏大，二者都难以准确定量计算，再考虑到风荷载存在一定的非确定性。综合考虑以上因素，当不考虑刚度折减系数时，各类高层建筑风荷载作用下的最大层间位移角限值取1/350~1/400是基本合理的。”
3、方小丹总相关观点
1）我国规范认为小震作用属正常使用极限状态，结构应保持“弹性”，故以钢筋混凝土构件（包括柱、剪力墙）开裂时的层间位移角作为多遇地震作用下结构的弹性位移角限值。
2）规范要求对计算周期乘以小于1的系数来加以修正，框架结构的周期折减系数为0.6-0.7，框-剪结构为0.7-0.8，剪力墙结构为0.9-1。然而，结构分析得到的位移却没有相应修正。
3）钢与混凝土的弹性模量相差约5~10倍，对钢筋混凝土受弯或大偏压（拉）构件而言，混凝土开裂时钢筋的应力还很小。即使是竖向荷载长期作用的受弯构件，如一般的钢筋混凝土梁，正常使用状态下也是带裂缝工作的，但这并不妨碍我们用弹性方法计算结构的内力。
4）钢筋混凝土柱和剪力墙正常使用阶段主要内力是竖向荷载引起的压力。在风荷载和可能发生的地震作用下，只要钢筋不屈服，仍处于弹性阶段，即使混凝土开裂，也不会影响结构的安全性。并且，在短时间作用的横向力卸载后，可能出现的裂缝也会闭合，这比竖向荷载长期存在的受弯钢筋混凝土梁更容易满足耐久性要求。
5）对于结构中不同位置的剪力墙，在水平荷载作用下，相同层间位移角，各剪力墙的受力却可能差异较大。结构中和轴附近的剪力墙可能小偏心受压，没有裂缝；远离中和轴的剪力墙可能大偏心受压，即截面中有受拉区，混凝土可能开裂。以控制结构层间位移角的方法保证剪力墙、柱混凝土不开裂实际上并没有根据。
6）重现期50、100年的风荷载和地震荷载属短期荷载，需进行构件承载力极限状态验算，一般无需限制墙、柱的混凝土是否开裂。有特别要求的，可由构件截面设计加以解决。
7）考虑到设计上的方便，可采用《混凝土高规》的做法，不扣除结构整体弯曲的影响，但大幅度放宽层间位移角限值。重现期50年风荷载作用下只需控制结构的顶点位移，一般1/500~1/400;小震作用下层间位移角1/350~1/300。之所以不是钢结构的1/250，是考虑对混凝土结构刚度的折减。
4、广东省东莞会议纪要
“框架结构不宜大于1/400；高150米及以下的框架-剪力墙、框架-核心筒结构不宜大于1/500，剪力墙结构不宜大于1/600；高250米及以上结构不宜大于1/400；高150米～250米之间可内插确定；钢结构不宜大于1/250；小震作用下楼层的层间位移角可按上述限值控制，但应进行中、大震抗震性能设计，大震作用下弹塑性层间位移角限值按现行规范规定执行。”
5、深圳超限预审专家观点
以下是我们参与的一个项目，超限预审会时，五位超限专家给出的意见。
探明真相之后，“层间位移角限值”便不是一个技术问题，有时反而是一个“政治”问题。如果我们做了足够的论证，证明“位移角超越规范限值”并不会产生大的不利影响，专家依然“恪守规范”，要求我们增加结构刚度的话，我们该怎么办？
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